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NTC的測溫與電路保護應用

Robot Vision ? 來源:電子發燒友網 ? 作者:Sisyphus ? 2022-07-20 08:16 ? 次閱讀
NTC傳感器元件是各種應用中NTC溫度傳感器實現功能的基礎,其實不僅在溫度傳感器中,在其他各類電子產品應用中也十分常見,如可復式保險絲及自動調節的加熱器等等。作為一類半導體傳感元件,NTC的應用大致可分為兩類,一是進行溫度測量,二是進行電路保護。

實現高靈敏度與高精度的溫度測量

NTC熱敏電阻由于其高靈敏度和高精度,已被很好地用于重視耐用性、可靠性和穩定性的溫度測量。雖然熱敏電阻的材料很多,但與金屬等導體相比,NTC這類半導體電阻具有更容易加工、更小、更輕的優點。此外,由于其響應速度快,它同樣也適用于小直徑精密設備。

在低成本的溫度測量方案中,一般會在NTC熱敏電阻與電源正極之間串聯一個上拉電阻,通過采集NTC熱敏電阻兩端的分壓變化來確定環境溫度變化。大多數情況下會串聯一個和NTC常溫電阻值一樣的電阻,并且保證流過的電流要足夠小以免產生自熱來確保測量過程的精度。

避免產生自熱來確保測量過程的精度,另一方面由于NTC熱敏電阻在本質上是非線性電阻,因此在測溫之前一定要做線性處理,并保證在合適的溫度范圍內測量,否則結果會相去甚遠。目前一般可以覆蓋-50℃到150℃的測量,有些行業領先的NTC廠商能覆蓋到-55℃到175℃。如果帶有特殊涂層,NTC熱敏電阻覆蓋到300℃也沒有問題。

NTC熱敏電阻的電阻溫度系數是每1℃降低3至5%,相比于其他金屬電阻值每1℃變化只有幾個百分點左右,可以看出NTC熱敏電阻即使溫度變化很小也表現出很大的電阻變化。從這些特性不難看出,在合適的溫度范圍內,NTC熱敏電阻能夠實現以高精度靈敏地檢測微小溫差。

(NTC傳感器元件,TDK

片式的可嵌入NTC熱敏電阻,可以直接集成到IGBT模塊和IPM模塊中,如TDK的新型片式L860 NTC熱敏電阻,不需要引線可以通過燒結和重質鋁絲焊連接直接嵌入到電源模塊中,完全不同于傳統的SMD NTC元件。我們都知道,電源模塊在接近其功率極限運行時的效率通常最高,但要保持極限狀態運行,必須精確控制溫度。相比于傳統的NTC元件,片式NTC熱敏元件與電源模塊之間熱耦合更加穩定,這意味著元件可實現超快的響應,更有利于高精度的溫度測量和控制。

不管是工業、汽車還是消費級應用里,監測所有電力元件的溫度都是一項關鍵任務,是保障整個系統的安全性、可靠性和使用壽命的基本要求,NTC熱敏電阻在其中應用廣泛。

NTC抑制浪涌,提高系統可靠性

在電路保護控制方面,NTC的應用也不少。一般開機的時候,會有一個較大的電流流過二極管,如果電流過大二極管可能會損壞。浪涌電流的抑制方法很多,一般中小功率電源中采用電阻限流的辦法抑制開機浪涌電流。

傳統的固定阻值限流電阻,浪費在電阻上的功耗是沒辦法改變的。而在線路上面串聯一個NTC熱敏電阻,在開機之前由于熱敏電阻溫度低,電阻比較大,可以很好地限制開機時的浪涌電流。開機之后,熱敏電阻溫度升高,阻值大幅降低,也不會產生過大的損耗。

(圖源:風華高科)

這個過程在實際應用中發生得非常迅速,NTC熱敏電阻隨著溫度升高快速發熱,其電阻值會在毫秒級的時間內迅速下降到一個很小的級別,一般只有零點幾歐到幾歐的大小。相比之下,在電阻上損耗的功率降低了幾十倍甚至上百倍。

基于NTC熱敏電阻器的抑制辦法功率大、抑制浪涌電流能力強、可靠性高、壽命長、殘余電阻小。一般情況下小功率電源的NTC不用加繼電器,大功率的需要加繼電器即可。但要注意的是采用NTC抑制開機浪涌的電源設備,不能夠頻繁開關機,NTC冷卻需要幾十秒到幾分鐘不等,恢復至其冷態阻值后才能再次開機。

作為抑制開機浪涌保證電子設備免遭破壞的NTC,可以說是最簡單最有效的。當然,NTC只是起到開機保護作用,電路正常工作或者短路時NTC是沒有辦法應對浪涌的。

小結

NTC熱敏電阻作為典型的一類具有溫度敏感型的半導體電阻,其阻值會隨著溫度升高而降低。有著隨著溫度變化而改變阻值的特性是一方面,NTC熱敏電阻元件還具有小損耗、幾乎無滯后現象的優點,還能起到非常好的保護作用。
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